Así que estás intentando detectar luz en tu proyecto, y ahora estás atascado mirando dos piezas que parecen casi iguales en Digi-Key: un fotodiodo y un fototransistor. Ambos convierten la luz en electricidad, ambos vienen en pequeñas latas de plástico o metal, y ambos tienen sólo dos o tres patas. Pero si eliges el incorrecto, tu circuito gritará ruido o apenas susurrará. Me ha pasado demasiadas veces con clientes.
Permítame ahorrarle un par de semanas de frustración.
¿Qué son estas cosas? (en inglés)
A fotodiodo es básicamente un diodo superrápido sensible a la luz. Le da la luz → fluye una pequeña corriente. Listo. Es honesto, predecible y rápido como un rayo.
A fototransistor es un fotodiodo que se casó con un transistor normal dentro del mismo paquete. La luz llega a la base (la parte del fotodiodo) → el transistor dice “guay, te lo amplifico” y escupe una corriente mucho mayor. Es como el primo más ruidoso del fotodiodo que ha tomado demasiado café.
Esa amplificación incorporada es la única razón por la que la gente se pelea entre fotodiodo y fototransistor.
El gran negocio del que nadie habla por adelantado: Gane
Los fotodiodos suelen dar corrientes de entre nanoamperios y microamperios con luz normal. Eso es muy poco. Casi siempre se necesita un amplificador externo (op-amp, amplificador de transimpedancia, lo que sea) para hacer algo útil.
¿Fototransistores? Vienen con ganancia ya incorporada - típicamente 100-1000+ (ese es el hFE del transistor). De repente, el microamperio se convierte en miliamperio. A veces se puede activar un LED o incluso un pin del microcontrolador directamente. No se necesita un amplificador adicional.
He aquí una rápida comparación con el mundo real que medí el mes pasado en el banco con un LED blanco barato iluminando a 10 cm de distancia:
| Fuente de luz | Corriente del fotodiodo (Si PIN típico) | Corriente del fototransistor (misma luz) | Ganancia que necesitarías externamente para el fotodiodo |
|---|---|---|---|
| La luz del sol | ~60 µA | ~25 mA | ~400x |
| Iluminación de oficinas | ~2-5 µA | ~0,5-3 mA | ~300-600x |
| Cuarto oscuro | < 100 nA | ~50-200 µA | ~1000x+ |
(Se trata de cifras aproximadas obtenidas al azar). Fotodiodo PIN de Si que tenemos en la estantería y un fototransistor Vishay BPW77NB común - su kilometraje variará, pero la proporción se mantiene más o menos igual).
Fotodiodo PIN de Si con baja corriente oscura (350-1060nm) PDCT01-201
Experimente una claridad de señal superior con nuestro fotodiodo PIN de Si, diseñado para una corriente oscura ultrabaja y una gran estabilidad. Este fotodiodo garantiza una detección láser y unas mediciones ópticas precisas. Nuestro fotodiodo Si PIN de baja corriente oscura ofrece un rendimiento excepcional.
Velocidad: donde los fotodiodos ganan siempre
Los fototransistores son lentos debido a algo llamado tiempo de almacenamiento en la base. Tiempos típicos de subida/bajada:
- Buen fotodiodo: 1-50 ns
- Fototransistor: 1-50 µs (a veces peor)
Es mil veces más lento. Si quieres hacer algo más rápido que unos pocos kilohercios (codificadores ópticos, LIDAR, receptores de fibra, comunicaciones de alta velocidad), aléjate de los fototransistores.
Ruido y linealidad
Los fotodiodos son maravillosamente lineales. Doble de luz → doble de corriente. Casi perfectos durante 6-8 décadas.
¿Fototransistores? La parte del transistor añade sus propias peculiaridades. La linealidad es decente, pero no se acerca a la de un fotodiodo + un buen amplificador de transimpedancia. Además, la ganancia varía mucho con la temperatura, a veces 1% por °C. Por eso es raro ver fototransistores en algo que necesite una precisión real (instrumentos científicos, colorímetros, etc.).
Consumo de energía y corriente de oscuridad
Los fotodiodos en polarización inversa absorben sólo nanoamperios de corriente oscura; algunos de nuestros fotodiodos PIN de Si de baja corriente oscura son inferiores a 10 pA a temperatura ambiente. Los fototransistores suelen perder unos pocos microamperios incluso en oscuridad total. No es el fin del mundo para las baterías, pero merece la pena saberlo.
Cuando digo a los clientes “Utiliza un fototransistor”
A lo largo de los años en Bee Photon estos son los proyectos en los que el fototransistor gana 9 de cada 10 veces:
- Barreras de luz simples / detección de objetos
- Receptores con mando a distancia (el clásico mando a distancia de 38 kHz)
- Mostradores de monedas, máquinas expendedoras
- Puertas automáticas, cisternas de váter (sí, de verdad)
- Detectores de llama de bajo coste
- Cualquier cosa que funcione con pilas y en la que desee prescindir del amplificador óptico para ahorrar unos céntimos y un montón de espacio en la placa.
Tuve un chico construyendo un sistema de laser tag para niños. Empezó con fotodiodos y amplificadores LM358. Funcionaba bien en el banco, pero una vez que los niños empezaron a correr en patios luminosos todo se volvió loco - demasiada luz solar saturaba los amplificadores. Cambió a fototransistores con un simple filtro de paso alto y boom, disparadores sólidos como una roca incluso al aire libre.
Cuando digo “No, en serio, necesitas un fotodiodo”
- Le importa la velocidad > 10 kHz
- Necesita linealidad para la medición (luxómetros, espectrómetros)
- Estás trabajando con señales muy débiles (astronomía, fibra óptica)
- La estabilidad de la temperatura sí importa
- Quieres el ruido de fondo más bajo posible
Uno de nuestros clientes fabrica dispositivos médicos que miden la saturación de oxígeno a través de la piel. Primero probaron con fototransistores porque “oye, ganancia gratuita”. Acabaron con una enorme deriva térmica y quebraderos de cabeza normativos. Cambiaron a un fotodiodo PIN de Si + un TIA de bajo ruido y superaron las pruebas de la FDA a la primera.
Fotodiodo PIN de Si con baja corriente oscura (350-1060nm) PDCD100-101
Actualice sus dispositivos con nuestro fotodiodo PIN de Si para mediciones ópticas. Ofrece una gran precisión en un rango de 350-1060 nm con una corriente oscura mínima. Ideal para diversas aplicaciones industriales de detección y medición, este sensor de alto rendimiento garantiza precisión y repetibilidad.
Hoja de decisiones rápidas (copiar y pegar)
| Su necesidad | Elige esto | Por qué |
|---|---|---|
| Barato, < 5 kHz, luz decente | Fototransistor | Ganancia incorporada, menos piezas |
| La duración de la batería es lo más importante | Fototransistor | Sin op-amp que consuma energía |
| Velocidad > 50 kHz | Fotodiodo | Los fototransistores no dan abasto |
| Medición precisa de la luz | Fotodiodo | Lineal, estable, baja deriva |
| Muy poca luz (luz de las estrellas, etc.) | Fotodiodo + buen amplificador | El ruido de fondo del fototransistor es mayor |
| De todas formas ya tienes un op-amp | Fotodiodo | Pagas por una ganancia que no utilizas |
Mi pila personal por defecto
Sinceramente, en 80% de los trabajos de hobby y pequeños trabajos comerciales simplemente pongo un fototransistor. El tiempo ahorrado en el diseño y la depuración suele compensar los inconvenientes. Cuando no funciona, recurro a uno de nuestros Fotodiodos PIN de Si y un solo OPA2320. Lleva una hora más de trabajo, pero se duerme mejor por la noche.
FAQ - Cosas que siempre me pregunta la gente
P: ¿Puedo sustituir un fotodiodo por un fototransistor en un circuito existente?
R: A veces sí, a veces no. La base es flotante en la mayoría de los fototransistores, por lo que se comportan como un fotodiodo con una ganancia enorme. Pero la disposición de las patillas es diferente (el fototransistor suele tener colector + emisor, mientras que el fotodiodo tiene ánodo + cátodo). También la caída de tensión y el comportamiento de saturación son totalmente diferentes. Pruébalo primero.
P: ¿Por qué algunos fototransistores tienen tres patas?
R: La tercera pata es la base. 99% de las veces que se deja sin conectar - que hace que la parte más sensible. Conectar una resistencia de la base al emisor permite ajustar la ganancia en función de la velocidad. Un buen truco, pero rara vez es necesario.
P: ¿Existen fototransistores “rápidos”?
R: Sí, pero siguen siendo entre 10 y 100 veces más lentos que un fotodiodo decente. Si alguien dice “fototransistor de alta velocidad”, suele referirse a un tiempo de subida de unos pocos microsegundos, lo que sigue siendo lento para las comunicaciones de datos.
Para terminar
Mira, nadie escribe 2500 palabras porque la diferencia es ínfima. La diferencia es enorme una vez que se ha superado la fase de la hoja de datos y se intenta hacer funcionar algo en el mundo real, con cambios de temperatura, suciedad y niños agitando linternas.
Así que..:
¿Necesita una detección de luz sencilla, barata e indulgente? Fototransistor a toda prueba.
¿Necesitas precisión, velocidad o poco ruido? Consigue un fotodiodo adecuado (y sí, en Bee Photon tenemos algunos muy buenos de baja corriente oscura).
¿Aún no está seguro de cuál se adapta mejor a su proyecto? Escríbanos a info@photo-detector.com o visite la página de contacto aquí: https://photo-detector.com/contact-us/
Literalmente, lo hacemos todos los días. Estaremos encantados de ver su esquema y decirle sin rodeos cuál no le va a morder más tarde.
Fotodiodo PIN de Si con sensibilidad NIR mejorada (350-1100nm) PDCC100-501
Consiga resultados uniformes con nuestro diodo PIN de Si de alta consistencia para dispositivos médicos. Este fotodiodo COB proporciona una sensibilidad NIR fiable para la supervisión de la salud. Confíe en nuestro diodo PIN de Si de alta consistencia.
